你能讓相對論和量子力學兼容嗎？我能

文/袁玉剛 圖/來自互聯網

相對論和量子力學都是當今科學界的前沿科學理論，對于研究對象都有嚴格的定義和描述；利用數學預言描述理論，並且都得到了實驗和觀測的證明。相對論是描述引力本質的理論，是愛因斯坦一個人的貢獻。量子力學是一群科學家共同努力的結果，第一批是普朗克和愛因斯坦；第二批則是波爾、則波恩和索莫非；第三批是海森堡、薛定谔、狄拉克和泡利。

科學家們一直夢想把相對論和量子力學結合起來，從而完成宇宙中強核力、弱核力、電磁力和引力四種力的統一。但是，困難重重。

狄拉克曾經把狹義相對論和量子力學結合起來，提出了量子場論。量子場論導致電子的反粒子即正電子的發現和粒子物理標准模型的誕生

圖1 粒子的標准模型

但是，廣義相對論和量子力學存在難以調和的矛盾：

首先，時空觀不同。

相對論是四維時空。量子場論中，量子還有自旋空間。兩者不可協調。特別在黑洞相關的物理學理論，以及普朗克尺度下也都有無法調和的矛盾。“引力子”理論一直無法納入粒子物理標准模型。

廣義相對論是彎曲時空。量子力學是平直時空，又具有廣域性，空間不彎曲。彎曲時空只能局域兼容于平直時空，不能全域兼容于平直時空，這是廣義相對論和量子力學的根本矛盾。

相對論的理論基礎是光速相對恒定，與參考系無關。量子力學的基礎是麥克斯韋方程。麥克斯韋方程的結論是光在真空中的數值爲常數，這是絕對值概念，不是相對概念。邁克爾遜-莫雷實驗的直接結論是無相位差。結論是光的絕對速度值恒定，不是相對速度恒定。二者合理的結論是光絕對速度值恒定，合理推斷時間空間絕對。

其次，描述對象不同。

相對論是一種描述宏觀大尺度的理論：如光年、引力巨大、速度接近光速。量子力學是描述微觀世界的物理學，可以很好地描述亞原子世界的物理現象，並且可以預測。

再次，使用量度不同。

相對論使用的量度極大。物體的半徑、距離是千米、天文單位、光年、秒差距。量子力學主要研究分子、原子、凝聚態、原子核和基本粒子，使用的量度極小，如微米、納米和普朗克長度。

用量子力學的工具測量宏觀物體能把人累死。用相對論的工具測量微觀物體絕對不精確。

然後，對萬有引力認識不同。

愛因斯坦並不喜歡萬有引力理論，就提出時空彎曲的假說。但時空彎曲依然需要大天體的質量起作用，並沒有脫離萬有引力的窠臼。所以，出現了中子星、黑洞這樣的怪物。

量子力學裏沒有萬有引力的位置。強核力、弱核力、電磁力的強度比萬有引力大幾十個數量級。萬有引力被忽略不計。

現在，大家應該看出來相對論和量子力學的根本矛盾在哪裏了吧？說來說去，還是在萬有引力上。

本來，牛頓發現的是太陽和地球之間的引力，不是萬有引力。牛頓自己都不接受“萬有”的提法，曾經明確地寫道：引力“是物質的還是非物質的，我只能留給讀者去思考。”並且窮其一生都在尋找第一推動力。

愛因斯坦創造性地提出相對論，本來是想脫離“萬有”的束縛，但是走得太遠，把物質和空間攪和在一起，結果找不到北了。你想啊，一個氫原子竟然無視其它同伴的相互吸引，強行把身邊的同伴一個個吸引到自己的家裏，結黨營私。並且能夠形成恒星系的規模。而且這種氫原子的萬有引力還能夠戰勝電磁力，把同伴吸引到自己的臥室裏坍縮變成氦。更厲害的是，這種氫原子的萬有引力還能夠戰勝強大的核力，把同伴的電子吸引到自己的床上坍縮變成中子，創造出中子星。更令人瞠目結舌的是，物質的萬有引力還能把物質全部變沒了，坍縮成爲沒有體積卻質量無窮大的黑洞。

圖2 氫核聚變

如此厲害的萬有引力讓強核力、弱核力、電磁力情何以堪，難怪量子力學無法兼容相對論。這陣勢誰能駕馭。

爲什麽引力比強核力、弱核力、電磁力厲害呢？科學家們解釋說，在超大尺度和超大質量的情況下，引力就會變得非常重要。因爲引力是單向作用力，只會使物體相互吸引，不會使它們相互排斥。你說可笑不可笑？

量子力學也走得太遠了。本來，用數學計算一下負數、虛數也是可以的。但生搬硬套到實數的物質上，就太牽強附會了。還生生造出個第四維空間，硬說那些牛鬼蛇神就住在第四維空間裏。人死了就會進入第四維空間。令人想起推行“河伯娶婦”陋習的那些巫祝。

其實，我悟到了統一之路。我認爲：既然都是宇宙中的事物，就一定會遵循同一個規律。相對論和量子力學完全可以統一在一起，即統一到旋渦裏，只是大小不同、內外不同而已。

旋渦裏有引力，有暗能量，有強核力、弱核力、電磁力；有星球，有黑洞，有原子，有核子，有電子，有光子，有中微子；但是，沒有“萬有”，沒有誇克，沒有中子星，沒有黑洞天體。

圖3 台風

相對論研究的對象在整個宏觀旋渦；量子力學研究的對象是宏觀旋渦中心附近的微觀旋渦。並且認識還有偏差：相對論認爲引力就是時空扭曲，不需要引力子；量子力學認爲，任何的力都是空間中運動的的小粒子攜帶、傳遞的，至今沒有發現帶走角動量的引力子，也就無法解釋引力。

圖4 星系旋渦

圖5 粒子旋渦

著名意大利裔美國實驗物理學家、1959年度諾貝爾物理學獎獲得者埃米利奧·吉諾·塞格雷曾經說過：“一旦某一規則在許多情況下都成立時，人們就喜歡把它擴大到一些未經證明的情況中去，甚至把它當作一項原理。”

你還記得“不合題意舍去”這句數學語言嗎？我們現在更需要舍去那些“不合題意”的答案，而不是不管什麽答案都算作物理的答案。倘若如此，相對論與量子力學的兼容也就曙光在前了。

親愛的網友，你說呢？